数字信号处理第1章绪论-姚天任资料

1、注意事项:上课时保持精力充沛;课堂保持安静,有问题(wnt)举手;按时交作业,保证作业质量. 作业的形式(xngsh):两种1)个人作业(每做完一章作业交一次,两个作业本交替使用)2)小组作业(智能小组,每组6人,一学期共2次作业)共三十六页最后成绩(chngj)的确定个人(grn)作业 10%小组作业 10%实验 10%期末考试 70%共三十六页 数字(shz)信号处理第一章 绪 论主讲(zhjing) 占履军共三十六页 绪 论一. 信号分类 信号是信息的表现形式，信息是信号的具体内容，信息只有以信号表示才能被传输、处理、存储、显示和利用。信号的形式很多：广播、电视、雷达、语音、图像(t x

2、in)、生物医学、地震、气象、机械振动、遥感遥测共三十六页 绪 论一. 信号分类1.连续(时间(shjin)信号时间(shjin)连续,幅度可连续,可离散2.模拟信号时间连续,幅度连续3.离散(时间)信号时间离散,幅度可连续,可离散4.数字信号-时间离散,幅度离散2.是1.的特例,4.是3.的特例共三十六页 绪 论 共三十六页 信号的最基本(jbn)的参数频率和幅度3-30kHz:Very low frequency VLF(潜水艇导航)甚低频30-300kHz:Low frequency LF(潜水艇通信(tng xn)低频3003000kHz:Medium frequency(调幅广播)中

3、频3-30MHz:High frequency(HF)(无线电爱好者，国际广播，军事通信 无绳电话，电报，传真)高频30-300MHz:Very High frequency(VHF)(调频FM，甚高频电视)0.33GHz:Ultra high frequency(UHF)(UHF电视，蜂窝电话，雷达，微波，个人通信)超高频频率低于20Hz范围，称为次声波，它不能被听到，当强度足够大，能被感觉到。(处于VLF Very low frequency)甚低频频率20Hz20KHz称为声波，Low frequency (处于LF)低频频率20KHz称为超声波 ，具有方向性，可以成束(处于LF)共三十

4、六页 绪 论 什么是数字信号处理： 数字信号处理就是通过专用设备用数值计算的方法(fngf)对数字序列进行各种处理，把信号变成符合要求的信号形式。例如：滤波、频谱分析、变换编码压缩共三十六页 绪 论二. 数字信号处理与各学科的关系(gun x)（纵向） 数字(shz)信号处理数学工具基础理论人工智能模式识别神经网络依赖于其他学科共三十六页 人工智能(Artificial Intelligence) ，英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。 人工智能是计算机科学的一个分支(fnzh)，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人

5、类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。 同名的还有美国科幻电影人工智能等。共三十六页 模式识别 pattern recognition 定义：借助计算机，就人类对外部世界某一特定环境中的客体、过程和现象的识别功能(包括视觉、听觉、触觉、判断等)进行自动模拟的科学技术。 应用：文字(wnz)识别 语音识别 指纹识别 医学诊断 数字水印技术 共三十六页 人工神经网络是由大量的简单基本元件(yunjin)神经元相互联接而成的自适应非线性动态系统。每个神经元的结构和功能比较简单，但大量神经元组合产生的系统行为却非常复杂。 与数字计算机

6、比较，人工神经网络在构成原理和功能特点等方面更加接近人脑，它不是按给定的程序一步一步地执行运算，而是能够自身适应环境、总结规律、完成某种运算、识别或过程控制。人们认识到复杂的神经系统是由数目繁多的神经元组合而成。大脑皮层包括有100亿个以上的神经元，每立方毫米约有数万个，它们互相联结形成神经网络，通过感觉器官和神经接受来自身体内外的各种信息，传递至中枢神经系统内，经过对信息的分析和综合，再通过运动神经发出控制信息，以此来实现机体与内外环境的联系，协调全身的各种机能活动。 共三十六页 绪 论二. 数字信号处理(xn ho ch l)与各学科的关系 数学(shxu)工具微积分复变函数概率统计矩阵代

7、数数值分析泛函分析共三十六页 绪 论二. 数字信号处理(xn ho ch l)与各学科的关系 理论(lln)基础电路分析基础信号与系统共三十六页 绪 论二. 数字信号处理(xn ho ch l)与各学科的关系 其他(qt)学科要求高速和大的存储量：超大规模集成电路技术计算机技术软件工程技术共三十六页 绪 论 三. 理论体系输入(shr)信号输出(shch)信号系统共三十六页 绪 论 三. 理论体系数字(shz)信号处理理论体系信号采集理论(lln)离散信号分析理论离散系统分析理论各种快速算法滤波技术信号估计与检测理论信号建模信号处理的实现信号处理的应用共三十六页 绪 论 0-6信号与系统复变函

8、数程序设计离散傅立叶变换(DFT)离散时间、线性时不变系统理论频谱分析数字滤波逼近综合实现FIR滤波器逼近综合实现IIR滤波器快速变换用FFT滤波统计频谱分析谱分析仪实现量化噪声 理论硬件处理器 软件应 用雷达声纳通信语音地震学电子仪器多维信号处理（图象处理）共三十六页 绪 论四.数字(shz)信号处理的应用(高科技,高技术含量)1) 语音处理语音(yyn)合成语音信号分析语音识别语音编码与压缩共三十六页 绪 论四.数字信号处理的应用2)图像处理(恢复(huf)、增强、数据压缩、去噪图像识别、层析X射线摄影)雷达(lid)红外信号声纳超声波共三十六页数字(shz)静态照相机框图 驱动器定时(d

9、n sh)产生器双采样自动增益控制液晶显示器视频输出通用串口总线快闪存储器图象传感器CCD信号处理器DSP图象处理图象压缩共三十六页 数码相机(sh m xin j)中的图象处理流水线 自动曝光(bo gung)调节A/D转换CFA彩色插值自动聚焦调节透镜补偿最佳黑色钳位错误像素插值白色补偿Gamma矫正彩色变换边缘检测假彩色抑制图象压缩LCD定标RGRGGBGBRGRGGBGB快闪存储器观测共三十六页 绪 论四.数字(shz)信号处理的应用3）通信（信源编码、信道编码、多路复用、数据压缩、滤波、信道均衡等）数字通信网络通信多媒体通信图像(t xin)通信共三十六页 随着数字信号处理理论和技术

10、水平的不断提高，其硬件产品，如TMS320C6000DSP高性能、易使用和低成本的特点使它成为多通道、多功能应用场合的理想选择；共享modem、无线基站、光传输基站、远程操作(cozu)服务器(RAS)、DSL系统、Cable modem、多通道电话系统、3D图像虚拟实现、语音识别和处理、智能机器人、雷达、大气模型和成像技术、无线多媒体通信和INTERNET等。共三十六页 各种( zhn)数字信息系统Digital Media ProcessingWebpadTelematicsWireless Devices:802.11, Bluetooth, OthersEnhanced GamingM

11、ilitary and Government Cellular, Secure ConnectivityIndustry-Specific PDAsBiometricsMedical Devices共三十六页 绪 论四.数字信号处理的应用 4）数字电视(sh z din sh)（高清电视）视频压缩音频(ynpn)压缩共三十六页 5）雷达(lid)在军事(jnsh)上，雷达、计算机、射击武器等组成一个自动控制系统。当目标进入雷达的作用半径以内并被雷达自动跟踪时，雷达就测量出目标的当前位置(距离、方位角和高低角)，并把数据送入计算机，推算出目标的航向，航速，引导导弹或自动火炮去击中目标(爱国者导弹

12、对飞毛腿导弹)。雷达系统是应用高性能数字信号处理技术的一个例子。雷达系统主要信号处理功能包括： 信号产生、匹配滤波、门限比较、目标参数(如射程、方位和速度)估计。共三十六页 通信(tng xn)整个通信领域几乎没有不受数字(shz)信号处理技术影响的地方。(占60%）DSP主要应用于通信的热门产品中。如：蜂窝电话（Cellular phone)、ADSL调制解调器、线缆调制解调器(Cable modem)、蓝牙技术(bluetooth)产品，数字电话应答机（digital telephone answering device)、全球定位系统（global positioning system,

13、GPS），卫星电话(satellite phone)、电话会议(conference speaker phone)、电视电话会议编译码器(video conferencing code )、IP电话(voice over IP)、IP传真(fax over IP)、ATM电话(voice over ATM)、智能天线(smart antenna)、PCS用户端(subscriber set)。共三十六页 OFDM(正交频分复用)通信(tng xn)技术OFDM（orthogonal frequency division multiplexing）正交频分复用作为一种多载波传输技术，主要应用于数

14、字视频广播系统、MMDS（multichannel multipoint distribution service）多信道多点分布服务和WLAN服务以及下一代陆地移动通信系统。OFDM将数据经编码后调制为射频信号。不像常规的单载波技术，如AM/FM（调幅/调频）在某一时刻只用单一频率发送单一信号，OFDM在经过特别(tbi)计算的正交频率上同时发送多路高速信号。可选用基于IFFT/FFT的OFDM实现方法.近年来，OFDM作为一种可以有效对抗信号波形间干扰的高速传输技术将被更广泛应用于宽带移动通信领域。共三十六页 绪 论四.数字信号处理的应用6）声纳（对目标探测、定位、跟踪、导航、成像。滤波、

15、谱估计）7）地球物理（石油、矿藏的勘探(kntn)、地震火山的活动规律）8）生物医学（心电图、脑电图、层析X摄影CT、胎心的检测共三十六页绪 论四.数字信号处理的应用9）音乐（对音乐的编辑与合成，增加混响与合声）10）军事(导航、制导、电子对抗、战场侦察)11）电力（能源分布(fnb)规划及自动检测）12）环境保护（空气污染等各种指数的检测）13）股票市场（预测）共三十六页 绪 论五.数字信号处理(xn ho ch l)的历史 17、18世纪(shj)计算数学的一个分支50 、60年代,计算机的应用处理地震信号和大气数据1965年,FFT的发明数字滤波器理论的统一开创了该领域的新时代80 、

16、90年代DSP芯片的发展,提高了处理速度和容量70 、80年代,自适应滤波器的研究获得在电子及通信领域的广泛应用Bell 实验室Watson实验室Lincoln实验室共三十六页 绪 论六.数字信号处理技术及其设备的优势(yush)1.抗干扰性强,受环境噪声影响小2.速度快,效率高,容量大3.实现灵活,接口方便,编程方便,系统集成方便4.精度高,16位实现10E-5的精度5.集成度高,设备尺寸小,造价低共三十六页 绪 论七.数字信号处理(xn ho ch l)技术的实现 1.软件实现:通用软件编程(高级语言) 专用软件工具 (MATLAB,SYSTEMVIEW) 2.硬件实现:单片机 DSP芯片共三十六页 绪 论八.数字(shz)信号处理芯片(DSP简介)1.厂家:德州仪器(TI) 朗讯(AT&T) 摩托罗拉 模拟器件公司(ADI),ALTERA公司2.比CPU快10-50倍,专用器件,硬件实现并行加法和并行乘法,采用CMOS技术,实现效率高,功耗低.3.90年代,DSP发展最快,出现第四代 第五代产品,计算速度,容量,集成度,低功耗方面不断升级.共三十六页内容摘要注意事项:上课时保持精力充沛。按时交作业,保证作业质量.。1)个人作业(每做完一章作业交一次,两个